用于圖像觸摸感測的矩陣傳感器的制造方法
【專利說明】
本發(fā)明的背景
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明的實(shí)施例一般涉及用于觸摸感測的方法和設(shè)備，以及更具體來說涉及具有用于改進(jìn)絕對感測的網(wǎng)格電極的電容觸摸感測裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]包括接近傳感器裝置(通常又稱作觸摸板或觸摸傳感器裝置)的輸入裝置廣泛用于各種電子系統(tǒng)中。接近傳感器裝置通常包括常常通過表面來區(qū)分的感測區(qū)，其中接近傳感器裝置確定一個或多個輸入物體的存在、位置和/或運(yùn)動。接近傳感器裝置可用來提供電子系統(tǒng)的接口。例如，接近傳感器裝置常常用作較大計算系統(tǒng)的輸入裝置(例如筆記本或臺式計算機(jī)中集成的或者作為其外設(shè)的不透明觸摸板)。接近傳感器裝置還常常用于較小計算系統(tǒng)(例如蜂窩電話中集成的觸摸屏)中。
[0003]許多接近傳感器裝置利用傳感器電極陣列來測量指示傳感器電極附近的輸入物體(例如手指或觸控筆)的存在的電容的變化。一些電容實(shí)現(xiàn)利用基于傳感器電極與輸入物體之間的電容耦合的變化的“自電容”或(或“絕對電容”)感測方法。在各個實(shí)施例中，傳感器電極附近的輸入物體改變傳感器電極附近的電場，因而改變所測量電容耦合。在一個實(shí)現(xiàn)中，絕對電容感測方法通過相對參考電壓(例如系統(tǒng)地)來調(diào)制傳感器電極以及通過檢測傳感器電極與輸入物體之間的電容耦合進(jìn)行操作。絕對電容感測方法在檢測單個輸入物體的存在方面極為有效，甚至在單個輸入物體與接近傳感器裝置的表面間隔較遠(yuǎn)時也極為有效。
[0004]其他電容實(shí)現(xiàn)利用基于傳感器電極之間的電容耦合的變化的“互電容”(或“跨電容”)感測方法。在各個實(shí)施例中，傳感器電極附近的輸入物體改變傳感器電極之間的電場，因而改變所測量電容耦合。在一個實(shí)現(xiàn)中，跨電容感測方法通過下列步驟進(jìn)行操作:檢測一個或多個發(fā)射器傳感器電極(又稱作“發(fā)射器電極”)與一個或多個接收器傳感器電極(又稱作“接收器電極”)之間的電容耦合。發(fā)射器傳感器電極可相對于參考電壓(例如系統(tǒng)地)來調(diào)制，以傳送發(fā)射器信號。接收器傳感器電極可相對于參考電壓基本上保持為恒定，以促進(jìn)所產(chǎn)生信號的接收。所產(chǎn)生信號可包括與一個或多個發(fā)射器信號和/或與一個或多個環(huán)境干擾源(例如其他電磁信號)對應(yīng)的(一個或多個)影響。傳感器電極可以是專用發(fā)射器電極或接收器電極，或者可配置成既傳送發(fā)射器信號又接收所產(chǎn)生信號?？珉娙莞袦y方法在檢測感測區(qū)中的多個輸入物體的存在和運(yùn)動中的輸入物體方面極為有效。但是，跨電容感測方法一般依靠密集(compact)電場，該電場對于檢測與接近傳感器裝置的表面間隔開的物體的存在或接近不是很有效的。
[0005]因此，需要改進(jìn)的接近傳感器裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文所述的實(shí)施例包括具有電容感測裝置的顯示裝置、處理系統(tǒng)以及使用電容感測裝置來檢測輸入物體的存在的方法，其全部包括用于改進(jìn)絕對感測的網(wǎng)格電極。其他實(shí)施例包括具有電容感測裝置的顯示裝置、處理系統(tǒng)以及使用電容感測裝置來檢測輸入物體的存在的方法，其中電容感測裝置包括分立傳感器電極的矩陣。
[0007]在一個實(shí)施例中，提供一種具有集成電容感測裝置的顯示裝置。該顯示裝置包括多個傳感器電極，其各包括配置成被驅(qū)動以進(jìn)行顯示更新和電容感測的至少一個公共電極。網(wǎng)格電極至少部分設(shè)置在多個傳感器電極的第一傳感器電極與第二傳感器電極之間。網(wǎng)格電極配置成屏蔽第一傳感器電極和第二傳感器電極。處理系統(tǒng)耦合到傳感器電極和網(wǎng)格電極。處理系統(tǒng)配置成在第一處理模式調(diào)制第一傳感器電極和第二傳感器電極，以獲取絕對電容的變化的測量，所述絕對電容的變化的測量指示輸入物體在電容感測裝置的感測區(qū)中的位置信息，所述位置信息基于所述測量。
[0008]在另一個實(shí)施例中，提供一種用于輸入裝置的處理系統(tǒng)。處理系統(tǒng)包括傳感器模塊，其具有耦合到網(wǎng)格電極的傳感器電路，該網(wǎng)格電極設(shè)置在多個傳感器電極的第一傳感器電極與第二傳感器電極之間。多個傳感器電極的每個包括配置成被驅(qū)動以進(jìn)行顯示更新和電容感測的至少一個公共電極。傳感器模塊配置成在第一操作模式調(diào)制第一傳感器電極和第二傳感器電極，以獲取第一傳感器電極、第二傳感器電極和輸入物體之間的絕對電容的變化的測量，并且采用配置成屏蔽第一傳感器電極免受第二傳感器電極影響的屏蔽信號來驅(qū)動網(wǎng)格電極。
[0009]在又一實(shí)施例中，提供一種使用電容感測裝置來檢測輸入物體的存在的方法。電容感測裝置具有設(shè)置在多個傳感器電極的第一傳感器電極與第二傳感器電極之間的網(wǎng)格電極，其中多個傳感器電極的每個包括顯示裝置的至少一個公共電極。該方法包括:在處于第一操作模式的同時通過驅(qū)動到第一傳感器電極并且采用第一傳感器電極進(jìn)行接收來獲取絕對電容感測的變化的測量；在處于第一操作模式的同時采用屏蔽信號來驅(qū)動網(wǎng)格電極，屏蔽信號屏蔽第一傳感器電極和第二傳感器電極；以及基于絕對電容耦合的變化的測量來確定位置信息。
【附圖說明】
[0010]為了能夠詳細(xì)了解本發(fā)明的上述特征，可通過參照實(shí)施例進(jìn)行以上概述的本發(fā)明的更具體描述，一部分實(shí)施例在附圖中示出。但是要注意，附圖僅示出本發(fā)明的典型實(shí)施例，并且因此不是被理解為對其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可容許其他同樣有效的實(shí)施例。
[0011]圖1是輸入裝置的示意框圖。
[0012]圖2A示出可在圖1的輸入裝置中使用的傳感器元件的簡化示范陣列。
[0013]圖2B示出可在圖1的輸入裝置中使用的傳感器元件的備選陣列。
[0014]圖2C示出可在圖1的輸入裝置中使用的傳感器元件的備選陣列。
[0015]圖2D示出可在圖1的輸入裝置中使用的傳感器元件的又一備選陣列。
[0016]圖3是圖1的傳感器元件的簡化截面圖，示出與顯示器的像素元件對齊的傳感器電極的有源部分。
[0017]圖4是圖1的傳感器組合件的另一個實(shí)施例的簡化截面圖，示出傳感器電極之上的網(wǎng)格電極偏移。
[0018]圖5是圖1的傳感器組合件的又一實(shí)施例的簡化截面圖，示出傳感器電極之上的網(wǎng)格電極偏移，其中一些傳感器電極與網(wǎng)格電極對齊。
[0019]圖6是工作在跨電容模式的傳感器元件的簡化示意平面圖。
[0020]圖7是工作在跨電容模式的傳感器元件的另一個簡化示意平面圖。
[0021]圖8是用于檢測輸入物體的存在的方法的一個實(shí)施例的流程圖。
[0022]圖9是用于檢測輸入物體的存在的方法的另一個實(shí)施例的流程圖。
[0023]圖10是用于檢測輸入物體的存在的方法的又一實(shí)施例的流程圖。
[0024]圖11是具有集成輸入裝置的示范顯示裝置的一個實(shí)施例的分解側(cè)視圖，示出網(wǎng)格電極的備選位置。
[0025]圖12A-12E示出各種不同形狀的傳感器電極和網(wǎng)格電極。
[0026]為了便于理解，相同的參考標(biāo)號在可能的情況下用于表示附圖共有的相同元件。預(yù)期的是，一個實(shí)施例中公開的元件可有利地用于其他實(shí)施例而無需敘述。這里所參照的附圖不應(yīng)當(dāng)被理解為按比例繪制，除非具體說明。另外，附圖通常經(jīng)過簡化，并且為了呈現(xiàn)和說明的清楚起見而省略細(xì)節(jié)或組件。附圖和論述用于說明以下所述的原理，其中相似標(biāo)號表示相似元件。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下詳細(xì)描述實(shí)際上只是示范性的，而不是要限制本發(fā)明或者本發(fā)明的應(yīng)用和使用。此外，并不是意在通過前面的技術(shù)領(lǐng)域、【背景技術(shù)】、
【發(fā)明內(nèi)容】
或者以下【具體實(shí)施方式】中提供的任何明確表達(dá)或暗示的理論進(jìn)行限制。
[0028]本技術(shù)的各個實(shí)施例提供用于改進(jìn)可用性的輸入裝置和方法。具體來說，本文所述的實(shí)施例有利地利用絕對感測技術(shù)來提供感測區(qū)中的良好輸入物體位置，甚至在多個輸入物體存在的情況下或者當(dāng)輸入物體處于運(yùn)動時的應(yīng)用中也是這樣。另外，一些其他實(shí)施例提供絕對與跨電容感測模式之間的切換，因而允許適當(dāng)?shù)母袦y模式用來最佳地確定感測區(qū)中的一個或多個物體的位置和運(yùn)動。
[0029]圖1是按照本技術(shù)的實(shí)施例的輸入裝置100的示意框圖。在一個實(shí)施例中，輸入裝置100包括具有集成感測裝置的顯示裝置。雖然本公開的所示實(shí)施例示為與顯示裝置集成，但是預(yù)期的是，本發(fā)明可在沒有與顯示裝置集成的輸入裝置中實(shí)施。輸入裝置100可配置成向電子系統(tǒng)150提供輸入。如本文檔所使用的術(shù)語“電子系統(tǒng)”(或“電子裝置”)廣義地表示能夠電子地處理信息的任何系統(tǒng)。電子系統(tǒng)的一些非限制性示例包括所有尺寸和形狀的個人計算機(jī)，例如臺式計算機(jī)、膝上型計算機(jī)、上網(wǎng)本計算機(jī)、平板電腦、萬維網(wǎng)瀏覽器、電子書閱讀器和個人數(shù)字助理(PDA)。附加示例電子系統(tǒng)包括合成輸入裝置，例如包括輸入裝置100和獨(dú)立操縱桿或按鍵開關(guān)的物理鍵盤。其他示例電子系統(tǒng)包括諸如數(shù)據(jù)輸入裝置(包括遙控裝置和鼠標(biāo))和數(shù)據(jù)輸出裝置(包括顯示屏幕和打印機(jī))之類的外設(shè)。其他示例包括遠(yuǎn)程終端、廣告亭和視頻游戲機(jī)(例如視頻游戲控制臺、便攜游戲裝置等)。其他示例包括通信裝置(包括蜂窩電話、例如智能電話)和媒體裝置(包括記錄器、編輯器和播放器(例如電視機(jī)、機(jī)頂盒、音樂播放器、數(shù)碼相框和數(shù)碼相機(jī)))。另外，電子系統(tǒng)可能是輸入裝置的主機(jī)或從機(jī)。
[0030]輸入裝置100能夠?qū)崿F(xiàn)為電子系統(tǒng)的物理部分，或者能夠與電子系統(tǒng)在物理上分隔。適當(dāng)?shù)?，輸入裝置100可使用下列的任一個或多個與電子系統(tǒng)的部分進(jìn)行通信:總線、網(wǎng)絡(luò)和其他有線或無線互連。示例包括I2C、SP1、PS/2、通用串行總線(USB)、藍(lán)牙、RF和IRDA0
[0031]圖1中，輸入裝置100示為接近傳感器裝置(又常常稱作“觸摸板”或“觸摸傳感器裝置”)，其配置成感測由一個或多個輸入物體140在感測區(qū)170中提供的輸入。示例輸入物體包括手指和觸控筆，如圖1所示。
[0032]感測區(qū)170包含輸入裝置100之上、周圍、之中和/或附近的任何空間，在該空間中輸入裝置100能夠檢測用戶輸入(例如由一個或多個輸入物體140所提供的用戶輸入)。特定感測區(qū)的尺寸、形狀和位置可以逐個實(shí)施例極大地改變。在一些實(shí)施例中，感測區(qū)170沿一個或多個方向從輸入裝置100的表面延伸到空間中，直到信噪比阻止充分準(zhǔn)確的物體檢測。在各個實(shí)施例中，這個感測區(qū)170沿特定方向所延伸的距離可以是大約小于一毫米、數(shù)毫米、數(shù)厘米或者以上，并且可隨所使用的感測技術(shù)的類型和預(yù)期的精度而極大地改變。因此，一些實(shí)施例感測輸入，該輸入包括沒有與輸入裝置100的任何表面相接觸、與輸入裝置100的輸入表面(例如觸摸表面)相接觸、與耦合某個量的外加力或壓力的輸入裝置100的輸入表面相接觸和/或它們的組合。在各個實(shí)施例中，可由傳感器電極位于其中的殼體的表面、由施加在傳感器電極或者任何殼體之上的面板等，來提供輸入表面。在一些實(shí)施例中，感測區(qū)170在投射到輸入裝置100的輸入表面上時具有矩形形狀。
[0033]輸入裝置100可利用傳感器組件和感測技術(shù)的任何組合來檢測感測區(qū)170中的用戶輸入。輸入裝置100包括用于檢測用戶輸入的多個感測元件124。感測元件124包括多個傳感器電極120和一個或多個網(wǎng)格電極122。作為若干非限制性示例，輸入裝置100可使用電容、倒介電、電阻、電感、磁、聲、超聲和/或光學(xué)技術(shù)。
[0034]一些實(shí)現(xiàn)配置成提供跨越一維、二維、三維或更高維的空間的圖像。一些實(shí)現(xiàn)配置成提供沿特定軸或平面的輸入的投影。
[0035]在輸入裝置100的一些電阻實(shí)現(xiàn)中，柔性和導(dǎo)電第一層通過一個或多個隔離元件與導(dǎo)電第二層分隔。在操作期間，跨多層創(chuàng)建一個或多個電壓梯度。按壓柔性第一層可使它充分偏斜以便在多層之間創(chuàng)建電接觸，從而產(chǎn)生反映多層之間的接觸點(diǎn)的電壓輸出。這些電壓輸出可用于確定位置信息。
[0036]在輸入裝置100的一些電感實(shí)現(xiàn)中，一個或多個感測元件124獲得由諧振線圈或線圈對所感應(yīng)的回路電流。電流的幅值、相位和頻率的某個組合隨后可用來確定位置信息。
[0037]在輸入裝置100的一些電容實(shí)現(xiàn)中，施加電壓或電流以創(chuàng)建電場。附近的輸入物體引起電場的變化，并且產(chǎn)生電容耦合的可檢測變化，該變化可作為電壓、電流等的變化來檢測。
[0038]—些電容實(shí)現(xiàn)利用電容感測元件124的陣列或者其他規(guī)則或者不規(guī)則圖案來創(chuàng)建電場。在一些電容實(shí)現(xiàn)中，獨(dú)立感測元件124可歐姆地短接在一起，以便形成較大傳感器電極。一些電容實(shí)現(xiàn)利用電阻片，該電阻片可以是電阻均勻的。
[0039]如上所述，一些電容實(shí)現(xiàn)利用基于傳感器電極120與輸入物體之間的電容耦合的變化的“自電容”或(或“絕對電容”)感測方法。在各個實(shí)施例中，傳感器電極120附近的輸入物體改變傳感器電極120附近的電場，因而改變所測量電容耦合。在一個實(shí)現(xiàn)中，絕對電容感測方法通過相對參考電壓(例如系統(tǒng)地)來調(diào)制傳感器電極120以及通過檢測傳感器電極120與輸入物體140之間的電容耦合進(jìn)行操作。
[0040]另外，如上所述，一些電容實(shí)現(xiàn)利用基于傳感器電極120之間的電容耦合的變化的“互電容”(或“跨電容”)感測方法。在各個實(shí)施例中，傳感器電極120附近的輸入物體140改變傳感器電極120之間的電場，因而改變所測量電容耦合。在一個實(shí)現(xiàn)中，跨電容感測方法通過下列步驟進(jìn)行操作:檢測一個或多個發(fā)射器傳感器電極(又稱作“發(fā)射器電極”)與一個或多個接收器傳感器電極(又稱作“接收器電極”)之間的電容耦合，如下面進(jìn)一步描述。發(fā)射器傳感器電極可相對于參考電壓(例如系統(tǒng)地)來調(diào)制，以傳送發(fā)射器信號。接收器傳感器電極可相對于參考電壓基本上保持為恒定，以促進(jìn)所產(chǎn)生信號的接收。所產(chǎn)生信號可包括與一個或多個發(fā)射器信號和/或與一個或多個環(huán)境干擾源(例如其他電磁信號)對應(yīng)的(一個或多個)影響。傳感器電極120可以是專用發(fā)射器電極或接收器電極，或者可配置成既傳送又接收。
[0041]圖1中，處理系統(tǒng)110示為輸入裝置100的一部分。處理系統(tǒng)110配置成操作輸入裝置100的硬件，以檢測感測區(qū)170中的輸入。處理系統(tǒng)110包括一個或多個集成電路(IC)的部分或全部和/或其他電路組件。(例如，互電容傳感器裝置的處理系統(tǒng)可包括:發(fā)射器電路，配置成采用發(fā)射器傳感器電極來傳送信號；和/或接收器電路，配置成采用接收器傳感器電極來接收信號。)在一些實(shí)施例中，處理系統(tǒng)110還包括電子可讀指令，例如固件代碼、軟件代碼等。在一些實(shí)施例中，組成處理系統(tǒng)110的組件共同位于例如輸入裝置100的(一個或多個)感測元件124的附近。在其他實(shí)施例中，處理系統(tǒng)110的組件在物理上是獨(dú)立的，其中一個或多個組件靠近輸入裝置100的(一個或多個)感測元件124，而一個或多個組件在其他位置。例如，輸入裝置100可以是耦合到臺式計算機(jī)的外設(shè)，并且處理系統(tǒng)110可包括配置成運(yùn)行于臺式計算機(jī)的中央處理單元上的軟件以及與中央處理單元分隔的一個或多個IC (也許具有關(guān)聯(lián)固件)。作為另一個示例，輸入裝置100可在物理上集成到電話中，并且處理系統(tǒng)110可包括作為電話的主處理器的一部分的電路和固件。在一些實(shí)施例中，處理系統(tǒng)110專用于實(shí)現(xiàn)輸入裝置100。在其他實(shí)施例中，處理系統(tǒng)110還執(zhí)行其他功能，例如操作顯示屏幕、驅(qū)動觸覺致動器等。
[0042]處理系統(tǒng)110可實(shí)現(xiàn)為操控處理系統(tǒng)110的不同功能的一組模塊。各模塊可包括作為處理系統(tǒng)I1的一部分的電路、固件、軟件或者它們的組合。在各個實(shí)施例中，可使用模塊的不同組合。示例模塊包括:硬件操作模塊，用于操作諸如